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UMA ABORDAGEM PARA A OBTENÇÃO DE INFORMAÇÃO 3D A PARTIR DE MOVIMENTO DE CÂMARA João Manuel R. S. Tavares.

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1 UMA ABORDAGEM PARA A OBTENÇÃO DE INFORMAÇÃO 3D A PARTIR DE MOVIMENTO DE CÂMARA João Manuel R. S. Tavares

2 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares2 Introdução A obtenção de informação 3D é essencial em muitas aplicações de Visão Computacional: Reconstrução 3D de cenas e objectos: prototipagem rápida, actores e objectos virtuais, reconstrução facial, levantamento de peças esculpidas; Seguimento do movimento 3D de objectos: sistemas de navegação e identificação; etc. IntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões

3 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares3 Introdução Em Visão Computacional existem várias técnicas para obter informação 3D: Passivas: Não envolvem a projecção de energia. Activas: Envolvem a projecção de energia ou movimento relativo. IntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões

4 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares4 IntroduçãoIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Neste trabalho é usada uma metodologia para obter informação 3D de uma cena ou objecto a partir do movimento de uma câmara. Pressupostos: Considera-se a cena ou o objecto como constituídos por segmentos de recta. O movimento da câmara é perfeitamente conhecido (posição e orientação relativamente a um referencial mundo). Não são medidas as velocidades nem as acelerações das entidades.

5 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares5 Metodologia UsadaIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões A metodologia usada neste trabalho consiste nas seguintes etapas: 1.Calibração da câmara usada; 2.Determinação das entidades (segmentos de recta) a considerar em cada imagem da sequência; 3.Simplificação das entidades presentes em cada imagem; 4.Seguimento 2D das entidades consideradas ao longo da sequência de imagens; 5.Obtenção de informação tridimensional dos pontos que constituem cada entidade.

6 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares6 Determinação e simplificação das entidades Seguimento de linhas e aproximação poligonal Fusão de entidades próximas e de direcções similares Detecção de edges Seguimento de linhas e aproximação poligonal Fusão de entidades próximas e de direcções similares Detecção de edges Metodologia Usada Mundo 3D... Hardware de aquisição de imagem Hardware de aquisição de imagem Calibração Seguimento 2D Emparelhamento Modelo 2D Parametrização das entidades Parametrização das entidades Imagem k+1 Imagem k Determinação das coordenadas 3D das entidades Mundo 3D

7 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares7 CalibraçãoIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões A calibração de uma câmara é a determinação da relação matemática que transforma pontos 3D em pontos 2D: Procedimento: 1.Determinação das coordenadas 2D na memória frame dos pontos de calibração; 2.Agrupamento das coordenadas 3D mundo e 2D na memória frame dos pontos de calibração; 3.Calibração da câmara e do respectivo hardware.

8 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares8 CalibraçãoIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Determinação das coordenadas 2D na memoria frame: 1.Determinação das orlas de intensidade; 2.Seguimento das orlas; 3.Regressão linear das orlas seguidas; 4.Determinação dos pontos de calibração. Imagem original OrlasRectas obtidas por regressão Pontos de calibração determinados

9 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares9 CalibraçãoIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Calibração realizada usando pontos coplanares e um método baseado no proposto por Lenz e Tsai: 1.Determinação do factor de incerteza horizontal; 2.Determinação das coordenadas do centro da imagem na memória frame; 3.Determinação dos restantes parâmetros de calibração: pose - matriz de rotação 3D e vector de translação 3D, parâmetros internos - distância focal e factor de distorção.

10 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares10 EntidadesIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Determinação dos segmentos de recta: 1.Sujeitar cada imagem da sequência a um detector de orlas de intensidade de forma a classificar cada pixel em termos de amplitude e de direcção; 2.Executar um seguimento, baseado na direcção e em dois níveis de amplitude (um para detecção e outro para agregação - histerese), das várias linhas presentes em cada imagem de orlas; 3.Executar uma aproximação poligonal, utilizando o algoritmo de faixas dinâmicas, de cada linha seguida. Imagem originalApós aproximaçãoApós aproximação mais larga

11 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares11 EntidadesIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Simplificação dos segmentos de recta: Em cada imagem da sequência, segmentos de recta próximos e de características semelhantes são fundidos. Vantagens: O seguimento torna-se mais fácil e menos dispendioso em termos de recursos computacionais. Segmentos originais Após fusãoApós fusão mais larga

12 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares12 SeguimentoIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Etapas da abordagem utilizada: 1.Parametrização das entidades a seguir: coordenadas do ponto médio, direcção e comprimento; 2.Previsão dos valores dos parâmetros de cada entidade na imagem seguinte, considerando o seu historial: três filtros de Kalman independentes; 3.Emparelhamento das entidades entre duas imagens sucessivas: distância normalizadas de Mahalanobis ou restrições geométricas (diferenças da posição do ponto médio, da direcção e do comprimento); 4.Actualização e gestão de um modelo 2D de entidades.

13 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares13 TriangulaçãoIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Abordagem usada para obtenção da informação 3D: 1.Resolução do sistema de projecção estéreo para obter as coordenadas 3D dos pontos extremos de cada entidade emparelhada em duas imagens distintas (triangulação); 2.Determinação de uma aproximação da profundidade dos restantes pontos utilizando interpolação linear das profundidades dos pontos extremos.

14 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares14 ResultadosIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Oito imagens de um cubo obtidas por rotação de uma câmara calibrada usando o método adoptado: 2ª imagemEntidades determinadas Entidades simplificadas Entidades na sequência

15 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares15 ResultadosIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Sequência originalOrlas determinadas Rectas determinadas

16 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares16 ResultadosIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Entidades consideradas Seguimento obtido

17 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares17 ResultadosIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Entidades detectadas na 1ª imagem da sequência Profundidade obtida

18 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares18 ResultadosIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Sequência original Orlas determinadas 16 imagens de um cubo obtidas por translação da câmara previamente calibrada:

19 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares19 ResultadosIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Entidades consideradasRectas determinadas Seguimento obtido

20 Uma Abordagem para a Obtenção de Informação 3D a partir de Movimento de Câmara- João Manuel R. S. Tavares20 ConclusõesIntroduçãoMetodologiaCalibraçãoEntidadesSeguimentoTriangulaçãoResultadosConclusões Foi apresentada uma abordagem para a obtenção de informação 3D de uma cena ou objecto, considerados como constituídos por segmentos de recta, a partir do movimento de uma câmara. A referida abordagem é constituída pelas etapas: 1) calibração da câmara e respectivo hardware; 2) determinação das entidades; 3) simplificação das entidades; 4) seguimento das entidades ao longo da sequência; 5) obtenção das coordenadas 3D das entidades emparelhadas. Alguns resultados experimentais obtidos foram apresentados e é possível verificar que a abordagem adoptada revela-se flexível e robusta.

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